Часть 2: Задачи 1 страница

Пространство-время, стрелы времени).

Биологическое, социальное, психологическое

Современный взгляд на пространство и время

Основы общей теории относительности (ОТО).

Относительности (СТО) А.Эйнштейна.

Пространство и время в специальной теории

Принцип относительности Г.Галилея и взгляды на

Относительности.

Тема 4: Пространство и время. Принципы

ТЕМЫ И ПЛАНЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ.

Тема1: Естественно-научная и гуманитарная культуры.

Часть 1:

1. Две традиции в объяснении, понимании и

предсказании явлений.

2. Истоки и предмет спора двух культур.

3. Единство и взаимосвязь естественно-научной и

гуманитарной культур.

4. Путь к единой общечеловеческой культуре.

Часть 2: Задачи

Тема 2: Естествознание и познание мира.

Часть 1:

1. Законы диалектики. Диалектический метод познания

мира.

2. Историческая смена картин мира; научные

революции.

3. Общие закономерности развития современного

естествознания.

4. Наука как эволюционный процесс.

Часть 2: Задачи

Тема 3: Основное содержание механистической картины

мира (МКМ).

Часть 1:

1. Смена геоцентрической картины мира на

гелиоцентрическую.

2. Г.Галилей и его роль в становлении классической

науки.

3. Ход и содержание научной революции XVI – XVII вв.

4. И.Ньютон и его вклад в науку.

5. Основные черты МКМ.

Часть 2: Задачи

Часть 1:

пространство и время в классической механике.

Тема 5: Основные положения электромагнитной

картины мира (ЭМКМ).

Часть 1:

1. Полевая концепция описания свойств материи.

2. Концепции дальнодействия и близкодействия.

3. Дискретность и непрерывность материи.

4. Сущность теории электромагнетизма Дж.Максвелла и

следствия из нее.

5. Основные черты ЭМКМ.

Часть 2: Задачи

Тема 6: Фундаментальные взаимодействия и

многообразие структур в микро-, макро- и мегамире.

Часть 1:

1. Структурные уровни материи в природе.

2. Взаимодействие и связь в природе.

3. Фундаментальные физические взаимодействия.

4. Частицы – переносчики взаимодействия.

5. На пути к Великому объединению.

Часть 2: Задачи

Тема 7: Причинность в современном естествознании.

Динамические и статистические теории и законы

Часть 1:

1. Динамические законы и механистический

детерминизм.

2. Термодинамические свойства макросистем.

Термодинамические состояние и процесс.

3. Статистические законы и вероятностный

детерминизм.

4. Соотношение динамических и статистических

законов.

Часть 2: Задачи

Тема 8: Основные принципы современной физики.

Законы сохранения.

Часть 1:

1. Симметрия и асимметрия в природе.

2. Законы сохранения и связь их со свойствами

пространства и времени.

3. Принцип соответствия

4. Принцип дополнительности и соотношения

неопределенностей.

5. Принцип суперпозиции.

Часть 2: Задачи

Тема 9: Принцип возрастания энтропии.

Часть 1:

1. I начало термодинамики.

2. Обратимые и необратимые процессы.

3. Понятие об энтропии. II начало термодинамики.

4. Проблема “тепловой смерти” Вселенной.

Флуктуационная гипотеза Больцмана.

Часть 2: Задачи

Тема 10: Законы сохранения энергии в

макроскопических процессах.

Часть 1:

1. Законы сохранения энергии как отражение симметрии

в пространственно-временном континууме природы.

2. Законы сохранения энергии в физике и особая роль

теплоты.

3. Законы сохранения энергии в химии и структура как

аккумулятор энергии.

4. Законы сохранения энергии в биологии и роль

фотосинтеза.

Часть 2: Задачи

Тема 11: Современная физическая картина мира (ФКМ).

Часть 1:

1. Квантовомеханический подход к изучению

микромира.

2. Астрономическая картина мира.

3. Методологические установки неклассической физики.

4. Основные черты современной ФКМ.

Часть 2: Задачи

Тема 12: Концепция самоорганизации материи.

Возникновение порядка из хаоса.

Часть 1:

1. Формирование идеи самоорганизации материи.

2. Основы синергетики Г.Хакена и неравновесной

термодинамики И.Пригожина.

3. Условия возникновения порядка из хаоса.

4. Самоорганизация в открытых системах различной

природы.

Часть 2: Задачи

Тема 13: Системный подход в современном

естествознании. Идея глобального эволюционизма.

Часть 1:

1. Системный подход в естествознании.

2. Эволюция естествознания.

3. Идея глобального эволюционизма.

4. Антропный принцип

Часть 2: Задачи

Тема 14: Кибернетика: основные положения и понятия..

Часть 1:

1. Что такое кибернетика.

2. Моделирование в кибернетике.

3. Кибернетика и сознание.

4. Проблема искусственного интеллекта.

Часть 2: Задачи

Тема 15: Роль информации как общенаучного понятия.

Часть 1:

1. Понятие о сложной открытой системе.

2. Обратная связь.

3. Понятие целесообразности.

4. Связь информации с энергией, физической энтропией

и временем.

5. Мышление и информация.

Часть 2: Задачи

Тема 16: Эволюция Вселенной.

Часть 1:

1. Три варианта эволюции Вселенной.

2. Образование Вселенной: гипотеза «Большого Взрыва»

и «инфляционная» модель.

3. Роль «физического вакуума» в этом процессе.

4. Эволюция Вселенной после «Взрыва»: адронная,

лептонная, фотонная и звездная эры.

5. Современные проблемы космологии.

Часть 2: Задачи

Тема 17: Эволюция галактик и звезд.

Часть 1:

1. Классификация галактик

2. Рождение, строение и эволюция галактик

3. Рождение и эволюция звезд.

4. Образование и эволюция Солнечной системы

5. Строение, активность и эволюция Солнца.

Часть 2: Задачи

Тема 18: Геологическая история Земли от ее

образования до наших дней.

Часть 1:

1. Как зарождалась Земля.

2. Размер, внутреннее строение и состав Земли.

3. Геологическая история Земли.

4. Тектоническая деятельность: модели литосферных

плит и мантийных струй.

Часть 2: Задачи

Тема 19: Становление химической науки.

Часть 1:

1. Алхимия – донаучный этап развития химии.

2. Основные этапы становления и развития химии как

науки.

3. Основная проблема химии и пути ее решения.

4. Многообразие химических веществ, сложные

молекулярные структуры.

5. Химические процессы и технологии.

Часть 2: Задачи

Тема 20: Современные концепции химии.

Часть 1:

1. Основные понятия химии: химический элемент,

химическое соединение и химический процесс.

2. Взаимосвязь химии и физики. Квантовомеханическая

природа химической связи.

3. Реакционная способность вещества. Тепловой эффект

химической реакции.

4. Основные черты химической картины мира (ХКМ).

Часть 2: Задачи

Тема 21: Эволюционная химия.

Часть 1:

1. Задачи эволюционной химии; основные достижения.

2. Принципы химической эволюции.

3. Теория химической эволюции и биогенеза

А.П.Руденко.

4. Связь химии и биологии. Химическая сущность

процессов жизнедеятельности.

Часть 2: Задачи

Тема 22: Живая клетка; состав, строение, свойства

и функции..

Часть 1:

1. Основные свойства живых организмов.

2. Состав клетки. Органические и неорганические

соединения в клетке.

3. Структура и функции живой клетки.

4. Прокариоты и эукариоты.

Часть 2: Задачи

Тема 23: Возникновение жизни на Земле.

Часть 1:

1. Определение жизни. Признаки живых систем.

2. Различные гипотезы о происхождении жизни.

3. Необходимые условия для возникновения жизни.

4. Гипотеза А.И.Опарина о возникновениии жизни на

Земле.

5. Концепции голобиоза и генобиоза.

Часть 2: Задачи

Тема 24: Эволюционные теории живой природы.

Часть 1:

1. Эволюционное учение Ч.Дарвина.

2. Основные факторы и движущие силы эволюции.

3. Современная (синтетическая) теория эволюции.

4. Эволюция одноклеточных и многоклеточных

организмов.

5. Эволюция растительного и животного миров.

Часть 2: Задачи

Тема 25: Основные положения генетики.

Часть 1:

1. ДНК – материальный носитель наследственности.

2. Генетика, этапы ее развития, законы генетики.

3. Генная инженерия и клонирование.

4. Проблемы генетики.

Часть 2: Задачи

Тема 26: Учение В.И.Вернадского о биосфере

и иерархические уровни строения биосферы.

Часть 1:

1. О роли «живого вещества» на Земле.

2. Границы и структура биосферы.

3. Растекание жизни и ее пределы.

4. Биогеохимические функции биосферы.

5. Условия устойчивого существования биосферы.

Часть 2: Задачи

Тема 27: Концепция ноосферы и идея устойчивого

развития природы и общества.

Часть 1:

1. Основные положения учения о ноосфере.

2. Пути становления ноосферы.

3. Ноосферная цивилизация как перспектива

социального развития общества.

4. Идея устойчивого развития (коэволюции) природы

и общества: прогноз и реальность.

Часть 2: Задачи

Тема 28: Человек как предмет естественно-научного

познания.

Часть 1:

1. Место человека в истории развития Земли.

2. Происхождение и развитие человека.

3. Человек как биологическое существо: эволюция,

наследственность, окружающая среда.

4. Мозг, разум, сознание.

5. Модели работы головного мозга

6. Человек как психосоциальное существо.

7. Бессознательное и сознательное в человеке..

Часть 2: Задачи

Тема 29: Человек и космос. Место человека во

Вселенной. Антропный принцип и проблема

внеземных цивилизаций.

Часть 1:

1. Земные проявления солнечной активности.

Гелиобиология.

2. Космические циклы.

3. Влияние космического излучения на общественно-

политические процессы на Земле.

4. Место человека во Вселенной.

5. Антропный принцип и проблема внеземных

цивилизаций.

Часть 2: Задачи

Тема 30: Естественно-научные основы современной

энергетики

Часть 1:

1. Естественно-научное понимание энергии.

2. Современные источники энергии; их достоинства и

недостатки.

3. Нетрадиционные источники энергии.

4. «Чистые» источники энергии. Энергетика будущего.

Часть 2: Задачи

3. Таблица номеров задач к расчетной части (части 2) контрольной работы

№ № ва-риантов	НОМЕРА ЗАДАЧ

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К

ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТНОЙ ЧАСТИ.

4.1. ВСЕЛЕННАЯ.

Основные формулы и законы.

1. Уравнение движения одного тела массой m относительно другого массой М по круговой орбите радиуса r:

m•v²/r = G•m•М / r² (1)

позволяет оценить:

а) радиус орбиты космического тела r;

б) период обращения Т относительно силового центра, используя соотношение

v = (2π/T)•r (2).

В выражении (1) G=6,6726 •10^-11м³/(кг•с²)–

гравитационная постоянная.

2. Первая космическая скорость:

v₁=(GМ/R)^1/2 (3).

Вторая космическая скорость:

v₂=(2GМ/R)^1/2 (4),

где М и R – масса и радиус космического тела.

3. Закон Кеплера: Квадраты периодов Т обращения вокруг Солнца любых двух планет относятся как кубы их средних расстояний R до Солнца:

T₁²/ T₂² = R₁³/R₂³ (5)

4. Скорость удаления галактики v и расстояние до нее

r связаны между собой законом Э.Хаббла:

v = Н•r (6),

где Н=75км/с на 1Мпк=2,43•10^-18с^-1 –постоянная

Хаббла, одинаковая для всех галактик по всем направлениям небосвода, равна обратному возрасту Вселенной τ_В: τ_В =1/ Н.

Примеры решения задач.

Пример 1: На каком среднем расстоянии от Солнца движется планета Венера, если ее период обращения вокруг Солнца составляет 0,615 земного года?

Решение: Если в уравнение (1) подставить выражение для v из (2), то получим выражение для среднего расстояния Венеры от Солнца:

r =(GМТ_В² / 4π²)^2/3.

Возьмем значения: гравитационной постоянной G=6,6726•10^-11м³/(кг•с²), массы Солнца М=1,989•10³⁰кг и значение земного года Т_З=365,26 суток из таблицы 1.

Период обращения Венеры вокруг Солнца равен Т_В = 0,615• Т_З=224,635 суток = 224,635•24•3600с=1,941•10⁷ с.

Таким образом,

r =[6,6726 •10^-11 •1,989•10³⁰ •(1,941•10⁷)² / (4•3,14²)]^2/3 =1,17•10¹¹м.

Ответ: r=1,17•10¹¹м.

Пример 2: Две звезды массами m₁ и m₂ , находящиеся на расстоянии r, обращаются вокруг центра масс звезд. Чему равен период обращения звезд?

Решение: 1) Определим сначала положение центра масс системы из двух звезд относительно первой звезды r₁ (т.С на рис.)

r₁= (m₁•0 + m₂•r)/(m₁ + m₂) = m₂•r/(m₁ + m₂).

2) Для первой звезды уравнение движения (1) имеет вид:

m₁•v₁²/r₁ = G•m₁•m₂ / r²

Заменив, согласно (2), скорость v₁, получим выражение для периода обращения:

Т= 2π•r[r₁/(G • m₂)]^1/2.

После замены r₁ получим ответ:

Т= 2π•r [r/(G •(m₁+ m₂))]^1/2.

Пример 3: Чему равны первая и вторая космические скорости для космического тела массой 10³⁰ т и

радиусом 8•10⁸км?

Решение: 1) Первую космическую скорость необходимо сообщить космическому аппарату, чтобы он превратился в искусственный спутник космического тела. Согласно выражению (3): v₁ =(GМ/R)^1/2. Подставив числовые значения получим:

v₁=[6,6726 •10^-11 •10³⁰•10³/(8•10⁸•10³)]^1/2 =2,9•10⁵м/с.

2) При сообщении аппарату второй космической скорости он навсегда покидает зону притяжения планеты. Её можно определить, используя закон сохранения и превращения энергии - кинетическая энергия, сообщаемая аппарату, расходуется на преодоление гравитационного притяжения аппарата к планете.

Согласно выражению (4): v₂=(2GМ/R)^1/2 = 4,1•10⁵м/с.

Ответы: v₁=2,9•10⁵м/с.

v₂=4,1•10⁵м/с.

Пример 4: Определить угловой диаметр Юпитера α в момент наибольшего сближения Земли и Юпитера

(в радианах и угловых минутах).

Решение: На рисунке: D=2R – диаметр Юпитера;

r =r_Ю-С – r_З-С - расстояние наибольшего сближения Земли и Юпитера; α – угловой диаметр Юпитера.

Из рисунка легко получить: (2R /2)/r = tg(α/2)≈ α/2 и:

α = 2R/(r_Ю-С – r_З-С)).

Радиус Юпитера R=71398км и расстояния Юпитер-Солнце r_Ю-С=778,3 млн.км и Земля-Солнце

r_З-С=149,6 млн.км берем из таблицы 1.

α = 2•71398•10³/[(778,3– 149,6) •10⁹] = 0,2275•10^-3 рад.

Учитывая, что π=3,14 рад соответствует 180•60 угловым минутам, легко получить, что

α = 0,2275•10^-3 рад.= 0,7825΄.

Ответ: α = 0,2275•10^-3 рад.= 0,7825΄.

Условия задач.

1. Определить первую и вторую космические скорости на поверхности Солнца.

2. Определить первую и вторую космические скорости на поверхности Меркурия.

3. Определить первую и вторую космические скорости на поверхности Венеры.

4. Определить первую и вторую космические скорости на поверхности Марса.

5. Определить первую и вторую космические скорости на поверхности Юпитера.

6. Определить первую и вторую космические скорости на поверхности Сатурна.

7. Определить первую и вторую космические скорости на поверхности Урана.

8. Определить первую и вторую космические скорости на поверхности Нептуна.

9. Определить первую и вторую космические скорости на поверхности Плутона.

10. Определить первую и вторую космические скорости на поверхности Луны.

11. Определить продолжительность года на Марсе.

12. Определить продолжительность года на Меркурии.

13. Определить продолжительность года на Венере.

14. Определить продолжительность года на Юпитере.

15. Определить продолжительность года на Сатурне.

16. Определить продолжительность года на Уране.

17. Определить продолжительность года на Нептуне.

18. Определить продолжительность года на Плутоне.

19. Период вращения двух звезд массами m₁=2•10³²кг и m₂=4•10³⁴кг вокруг общего центра масс равен 3,8 лет. Чему равно расстояние между звездами?

20. Период вращения двух звезд массами m₁=2•10³⁰кг и m₂=4•10³¹кг вокруг общего центра масс равен 4,6 лет. Чему равно расстояние между звездами?

21. Две звезды, находящиеся на расстоянии r= 7•10¹³м, вращаются вокруг общего центра масс с периодом, равным Т=7,2 года. Чему равна масса одной из звезд m₁, если масса второй звезды m₂ равна 4•10³²кг?

22. Две звезды, находящиеся на расстоянии r= 5•10¹⁰м, вращаются вокруг общего центра масс с периодом, равным Т=12 лет. Чему равна масса одной из звезд m₁, если масса второй звезды m₂ равна 8•10³³ кг?

23. Определить видимые угловые диаметры Нептуна в моменты наибольшего

и наименьшего сближений Земли и Нептуна.

24. Определить видимые угловые диаметры Марса в моменты наибольшего

и наименьшего сближений Земли и Марса.

25. Определить видимые угловые диаметры Венеры в моменты наибольшего

и наименьшего сближений Земли и Венеры.

26. Определить видимые угловые диаметры Сатурна в моменты наибольшего и наименьшего сближений Земли и Сатурна.

27. Период обращения малой планеты Цереры вокруг Солнца равен 4,71 земного года, а Марса – 1,88 земного года. На каком среднем расстоянии от Солнца находится Церера?

28. Период обращения малой планеты Паллады вокруг Солнца равен 4,6 земного года, а Венеры–227,7 земных суток. На каком среднем расстоянии от Солнца находится Паллада?

29. В Галактике с красным смещением в спектре, соответствующим скорости удаления 20 000 км/с, вспыхнула сверхновая звезда. Определить расстояние до этой звезды.

30. Шаровое звездное скопление находится от нас на расстоянии 320 Мпк. С какой скоростью оно удаляется от нас?

4.2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Основные формулы и законы.

1. Закон всемирного тяготения F = G•m₁•m₂ / r² (1),

где m₁ и m₂ – массы взаимодействующих тел,

r – расстояние между ними,

G=6,6726 •10^-11м³/(кг•с²)– гравитационная постоянная.

2. При вращении сгустка вещества массой m вокруг центрального тела массой М распад сгустка (его фрагментация) начинается, когда центробежная сила, действующая на сгусток начинает превосходить силу тяготения между сгустком и центральным телом, т.е., когда

m•ω²•r≥ G•m•M / r² (2).

3. Закон Кулона: F = к•q₁•q₂ /(ε•r²) (3) ,

где к=1/(4πε₀)=9•10⁹Н•м² /Кл²; ε₀=8,85•10^-12 Кл²/ (Н•м²) – электрическая постоянная; ε –диэлектрическая проницаемость вещества; q₁ и q₂ – электрические заряды взаимодействующих тел; r – расстояние между ними.

4. Сила Ампера: F_A=I•B•ℓ•sinα (4),

где I-сила тока в проводнике длиной ℓ, находящемся в магнитном поле с индукцией В; α- угол между направлением тока (вектором ℓ) и вектором В.

5. Сила Лоренца: F_Л=q•B•v•sinα (5),

где q-электрический заряд частицы, влетающей в магнитное поле с индукцией В со скоростью v под углом α к вектору индукции В.

6. Уравнение движения заряженной частицы массы m и заряда q в электрическом поле напряженностью Е:

m• a = q• E (6)

Примеры решения задач

Пример 1: Определить, во сколько раз сила притяжения на Земле больше силы притяжения на Марсе.

Решение: Согласно формуле (1), сила притяжения к Земле тела массой m:

F_З = G•m•М_З / R_З ²,

где М_З и R_З – масса и радиус Земли, соответственно.

Аналогично, для силы притяжения на Марсе:

F_М = G•m•М_М / R_М ² .

Поделив эти два равенства одно на другое получаем после сокращения одинаковых величин:

F_З / F_М = М_З•R_М ²/ (R_З²•М_М).

Возьмем значения масс и радиусов планет из таблицы 1.

М_З =5,976•10²⁴кг; R_З=6371км=6,371•10⁶м;

М_М=0,6335•10²⁴кг; R_М=3397км=3,397•10⁶м.

Подставив, получим:

F_З/F_М=(5,976•10²⁴/0,6335•10²⁴)•(3,397•10⁶/6,371•10⁶)²=2,7

Ответ: в 2,7 раза.

Пример 2: При полете к Венере космический аппарат проходит точку, где силы притяжения аппарата к Земле и к Венере взаимно компенсируют друг друга.На каком расстоянии от Земли находится эта точка? При расчете пренебречь действием всех других космических тел. Считать, что Земля и Венера находятся на минимальном удалении друг от друга..

Решение: Сумма сил тяготения к Земле и к Венере должна быть равна нулю, или иначе, модули этих сил должны быть равны: F_З = F_B :

G•m•М_З / r_З ² = G•m•М_В / r_В ² (I),

где М_З и М_В-массы Земли и Венеры, соответственно, а

r_З и r_В –расстояния космического аппарата массой m от Земли и от Венеры, соответственно. Учтем, что

r_В= R_ЗВ- r_З, где R_ЗВ – расстояние от Земли до Венеры, которое равно R_ЗС - R_ВС – разности расстояний Земля-Солнце R_ЗС и Венера-Солнце R_ВС. Подставим все в выражение (I):

М_З / r_З² = М_В /(R_ЗС - R_ВС - r_З)²,

откуда легко получим ответ:

r_З = (R_ЗС - R_ВС)/(1 + ).

Расстояния и массы берем из таблицы 1.

М_З = 5,976•10²⁴кг; М_В=4,8107•10²⁴кг; R_ЗС = 149,6млн.км; R_ВС =108,2млн.км.

Дата добавления: 2014-12-07